生物质食品包装材料的研究

作     者：安皓月 

作者单位：北京化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杜振霞

授予年度：2024年

学科分类：0832[工学-食品科学与工程（可授工学、农学学位）] 08[工学] 083201[工学-食品科学] 

主      题：生物质食品包装材料 再生纤维素 安全性评估 活性包装 壳聚糖 

摘      要：随着消费者对食品安全和环境保护意识的提升,传统石油基食品包装材料因其不可再生、易产生有害物质迁移、难降解等缺点,已无法满足当前食品包装行业的高标准需求。生物质食品包装材料具有可再生、可降解、环保等优点,能够有效解决传统石油基材料所带来的环境问题,并且更加安全、健康,因此,研究生物质食品包装材料成为了一种迫切的需要。本文首先对市售再生纤维素食品包装的安全性进行了研究,然后基于壳聚糖薄膜基材,制备并研究了壳聚糖/火龙果皮抗氧化活性包装膜和壳聚糖/聚乙烯醇/姜黄素智能包装膜,以期为生物质食品包装行业提供更多可持续发展的解决方案。论文取得的成果如下: (1)收集了市面上八种不同生产工艺、不同种类的再生纤维素食品包装,首先利用HS-GC-MS对样品中的小分子,易挥发物质进行检测,得到66种潜在迁移物清单。对所有样品进行了三种食物模拟物(10%乙醇,95%乙醇,3%乙酸)的迁移试验,通过UPLC-QTOF-MS和GC-MS进行非靶向筛查。结果表明,有44种物质从再生纤维素食品包装中迁移到了食物模拟物中。对这些迁移物和潜在迁移物溯源,发现其为软化剂,脱模剂,染料及其降解产物,增塑剂,天然产物,生产工艺副产物等,均与样品种类和生产工艺有关。通过比较迁移物的暴露量和法规中的限值,发现两种工艺制备的产品中柔软剂均超过标准限量,此外,使用离子液体工艺制备的产品存在离子液体的残留问题,在有涂层的产品中,应重点控制聚乙二醇类增塑剂的添加量,对于可转移肠衣中,应关注偶氮染料的使用量和其降解产生的芳香胺类物质。 (2)以壳聚糖为基材,以火龙果皮提取物为抗氧化剂,采用溶液铸造法制备了壳聚糖/火龙果皮抗氧化活性包装膜(CS-DFP)。对活性薄膜进行了物理性能、阻隔性能、机械性能、热力学性能和抗氧化性能的分析以及结构表征。结果表明,与CS薄膜相比,DFP的加入可以使薄膜的厚度、水溶性和水蒸气透过率增加,薄膜的溶胀率显著降低。加入DFP并没有改变壳聚糖薄膜的热稳定性,但是机械性能稍有降低。FTIR光谱分析表明CS与DFP之间没有新的化学键形成,而是以氢键的形式结合,SEM分析表明,CS与DFP的相容性较好。CS-DFP薄膜具有优异的抗氧化能力,其总酚含量和抗氧化能力与DFP的浓度呈正相关。总的来说,DFP的添加大大提高了壳聚糖膜的抗氧化性,火龙果皮提取物是一种很有前途的天然抗氧化剂。 (3)采用溶液铸造法制备了壳聚糖/聚乙烯醇/姜黄素(CS/PVA/Cur)智能包装膜。制备的CS/PVA/Cur薄膜在低浓度姜黄素含量下呈亮黄色,随着姜黄素含量增加,薄膜颜色变深,具有较高不透明度。姜黄素的加入降低了薄膜的水蒸气透过率,增加了拉伸强度和断裂伸长率,使之具备作为食品包装材料的基本条件。SEM和FTIR表征结果表明,姜黄素以氢键作用力均匀分散在CS/PVA基质中,与CS/PVA相容性良好。CS/PVA/Cur智能包装膜在不同碱性环境中表现出较好的p H敏感性和一定的抗氧化性。通过菌落计数法探究了薄膜的抗菌性能,结果表明CS/PVA/Cur-2对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌的抗菌率均为100%。通过对草莓的包裹实验,证明CS/PVA/Cur-2薄膜具有显著的抗菌和保鲜效果,可用于食品包装。在鸡肉储存实验中,CS/PVA/Cur-2薄膜的颜色随鸡肉储存时间变久而变深,表现出良好的新鲜度指示能力,因此该薄膜是一种有潜力的智能包装。